超声波检测的物理基础.ppt

超声波检测的物理基础（二）四、超声波的波动特性1叠加原理相遇时，质点如何振动；相遇后，特性是否发生变化？ABC第30页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）2干涉干涉的条件：频率相同振动方向相同相位相同（或相位差恒定）ABC第31页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）3驻波驻波产生的条件：ABC第32页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）4惠更斯原理内容：波阵面上的每个点都可以被看做子波源，向外发射球面波，经过时间Δt以后，这些球面波的包络线就是新的波阵面。ABC第33页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）5散射和衍射(1)散射现象：超声波经过介质时，其反射波变得杂乱无章。散射可以发生在工件表面，也可以是在遇到微小障碍物时发生。(漫射)ABC第34页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）（2）衍射（绕射）超声波能够在障碍物边缘改变方向的现象，其本质可以用惠更斯原理进行解释。ABC第35页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（二）（3）散射和衍射现象的应用a)Dλ时，反射强b)Dλ时，衍射强，散射弱。c)D~λ时，即有反射，又有衍射，且λ越大（D越小），衍射越强。一般认为：能发现的最小缺陷的尺寸约为λ/2。（不绝对）（4）问题：①频率相同时，横波比纵波探伤灵敏度高，为什么？②为使超声波传播的更远些(穿透力强)，应使用哪种波型，频率如何？③与表面光滑工件相比，表面粗糙时，频率如何选择？④同种介质，纵波、横波、表面波哪种波型检测灵敏度最高？ABC第36页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）第三节超声平面波在界面上垂直入射的行为一、单一界面上的反射和透射1声压反射率和声压透射率ABC第37页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）由以上公式可以推出：声压反射率：声压透射率：（2）对r和t的讨论a)超声波垂直入射时，波型保持不变。b)当以上述公式形式描述时，表示超声波从介质Z1入射到Z1/Z2界面。c)在垂直入射时，r和t只与介质两侧的声阻抗有关。ABC第38页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）d)若Z1Z2，则r趋于-1，而t趋于0，即超声波几乎发生全反射，但反射波的相位与入射波相反。在用纵波对车轴进行穿透探伤（0°探头监测的轨底回波）时，底面反射波就是在钢/空气（Z1Z2）界面发生的全反射。e)若Z1Z2，则r趋于1，而t趋于2，即超声波几乎发生全反射，反射波的相位与入射波相同。若使超声波从空气透入工件，则Z1Z2，因此透射能量很低，为使超声波有效透入工件中，需要提高Z1的值，这也是探伤中要使用耦合剂的原因。f)若Z1≈Z2，可以看出r≈0而t≈1后，这时声波几乎没有反射而全部从第I介质透射入第II介质。结合d)、e)、f)的情况，界面两侧声阻抗相差越大，反射的声压越高；反之，界面两侧声阻抗相差越小，则反射的声压越低。ABC第39页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）g)根据公式可以看出：1+r=th)关于r、t的计算例：超声波从Z1垂直入射到Z2，已知Z1/Z2=0.5，求r、t关于声强的反射率和透射率ABC第40页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）二、声压往复透射比数值上等于声强透射率ABC第41页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）三、多层界面的反射和透射1回波形状回波形状取决于中间层的厚度厚时薄时ABC第42页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（三）2声压往复透射比当时，中间层越薄，则T越大，即回波高度越高，这在手持探头探伤时有很重要的意义。ABC第43页，共84页，星期日，2025年，2月5日超声波检测的物理基础（四）第四节超声平面波在界面上斜入射的行为一、反射、折射和波型转换1波型转换条件（1）斜入射